"Формула победы "

Что нужно для того, чтобы победить в F1? Лучший автомобиль или талант гонщика? Допустим, вы самый опытный и способный пилот, выступающий на самом совершенном автомобиле. Но даже это не гарантирует вам победы. Чемпионат F1 проходит на множестве трасс, имеющих свои неповторимые особенности - длинные и короткие прямые, медленные и скоростные повороты, различное качество покрытия и многое другое. Короткие и извилистые трассы требуют хорошего ускорения и большой экономии топлива, в то время как на длинных высокоскоростных треках огромную роль играет мощность двигателя. Кроме того постоянная смена климатических условий проведения гонок сильно воздействует на поведение автомобилей. Таким образом, нужно не только иметь лучший автомобиль, но и уметь настроить его под конкретную трассу с целью использования всех его ресурсов. Как раз в этом и заключается талант гонщика - способность при любых условиях извлекать из своего автомобиля максимум возможного (конечно же в этом ему помогает вся команда).

Двумя главными характеристиками управляемости автомобиля являются понятия избыточной и недостаточной поворачиваемости. Когда вы на большой скорости входите в поворот, центробежная сила заставляет покрышки терять сцепление с дорогой и автомобиль начинает скользить за пределы трассы. Если при этом задние шины теряют сцепление первыми, то хвост автомобиля заносит. Это называется избыточной поворачиваемостью - машина поворачивает больше, чем вы того желаете. Противоположная ситуация возникает когда передние шины первыми теряют сцепление и автомобиль не слушаясь руля скользит вперед. Это - недостаточная поворачиваемость - машина не поворачивает настолько, насколько вы хотите. Промежуточный вариант называется нейтральным и при этом скорость прохождения поворота будет максимальной. Задача настройки шасси заключается в получении нейтральной управляемости путем изменения баланса сцепления с дорогой между передней и задней осями.

Перед тем, как перейти к параметрам подвески, рассмотрим понятие перераспределения масс.

Когда автомобиль находится в покое, правые и левые шины несут одинаковый вес. В повороте часть массы перемещается с внутренних шин к внешним. Это перемещение приводит к уменьшению сцепления.

Предположим, у вас нейтральный автомобиль. Если вы сделаете переднюю подвеску более жесткой, чем заднюю (забудем пока о других параметрах), больший вес переместится между передними шинами, нежели между задними. Так как перемещение снижает сцепление, то с такой настройкой подвески передние шины потеряют больше сцепления, чем задние. Это ведет к недостаточной поворачиваемости.

Пружины подвески. Мягкость подвески обеспечивает постоянный контакт между шиной и дорогой, другими словами, колеса не подскакивают на препятствиях, а все время сохраняют соприкосновение с полотном. Это уменьшает износ резины, дает более интенсивный разгон и лучшее торможение. Однако все хорошо в определенных пределах. Слишком мягкая подвеска приводит к излишнему крену в поворотах, что ведет к смещению центра тяжести и ухудшению устойчивости. К тому же мягкая подвеска замедляет реакцию автомобиля на действие рулевым колесом.

Амортизаторы. Для гашения колебаний подвески во время движения применяются амортизаторы. Более мягкие амортизаторы дают лучшее сцепление с дорогой в кочковатых поворотах.

Стабилизаторы поперечной устойчивости. Стабилизаторы повышают устойчивость в поворотах. Они связывают между собой правые и левые подвески и помогают правильно распределять вес. Чем жестче стабилизатор, тем лучше автомобиль держит дорогу. Отрицательная сторона жесткого стабилизатора - слишком нервное поведение автомобиля в поворотах.

Развал колес. Чем больше площадь контакта шин с дорогой, тем лучше устойчивость. Прижимная сила и различные изменяющиеся условия движения могут привести к тому, что колесо изменит свой угол относительно поверхности трассы. Устранить эти нежелательные последствия позволяет регулировка развала колес. При настройке автомобиля развал устанавливается отрицательным. В повороте под действием центробежной силы колесо кренится во внешнюю сторону и при отрицательном развале занимает положение перпендикулярное дороге. Это повышает устойчивость.

Схождение колес. В повороте внешнее и внутреннее колеса идут по разным радиусам. При этом внутренний радиус меньше внешнего. Для устранения этого недостатка, автомобиль настраивается таким образом, чтобы имелось небольшое отрицательное схождение передних колес (колеса развернуты врозь относительно друг друга). Задние колеса, наоборот, имеют положительное схождение. В этом случае на вираже внешнее колесо будет двигаться по касательной к дуге поворота. Это улучшает сцепление и снижает риск пробуксовки. Внутреннее колесо при повороте разгружено и его траектория не так важна.

Колея. Если колея передних колес больше, чем задних, мы имеем избыточную поворачиваемость. И наоборот.

Дорожный просвет. Чем меньше дорожный просвет, тем ниже центр тяжести и тем заметнее влияние граунд-эффекта. Это позволяет проходить повороты с большей скоростью. Однако деревянная планка, установленная на днище в соответствие с правилами, может износиться больше допустимой нормы и вас могут дисквалифицировать.

Приведем небольшой пример. Допустим у нас появилась недостаточная поворачиваемость. Как от нее избавиться при помощи изменения параметров подвески?

1. Сделать переднюю подвеску помягче (или обратное действие с задней подвеской); 
2. Передний стабилизатор делаем пожестче; 
3. Увеличиваем переднюю колею; 
4. Снижаем клиренс спереди.

Закончив с подвеской, перейдем к другим параметрам.

Крылья. Они устанавливаются на машинах для увеличения прижимной силы. Чем больше угол атаки крыльев, тем выше прижимная сила и тем лучше автомобиль держит дорогу. Это увеличивает скорость в поворотах и улучшает управляемость. Однако на прямых крылья повышают сопротивление воздуха, что снижает максимальную скорость, динамику разгона и при этом возрастает расход топлива.

Следует отметить, что выбор параметра регулировки зависит от конкретного случая. В медленных поворотах (до 150 км/час) крылья практически не работают. Тем самым нужно изменять настройки подвески или давление в шинах (см. далее). Также следует учесть, что при входе и выходе из поворота поведение автомобиля различно. На входе в поворот, при торможении, вес смещается в сторону передних колес. Поворачиваемость становится избыточной. В этом случае важно правильно распределить между осями тормозной баланс, чтобы не заблокировать передние колеса или не развернуть автомобиль. На выходе машина начинает ускоряться и тем самым вес смещается к задним колесам. Возникает недостаточная поворачиваемость.

Очень важно, чтобы пилот в поворотах плавно работал акселератором. Одно неверное движение и автомобиль приобретает избыточную поворачиваемость, что в лучшем случае устраняется коррекцией рулем. В ходе гонки выгорает часть топлива, а также изнашиваются покрышки. Легкий автомобиль становится более динамичным, а старые шины снижают сцепление. Это требует от гонщика еще более аккуратной работы педалями. Иногда пилоты используют в гонке регулятор чувствительности педали газа.

Особое значение имеет правильный выбор покрышек и давления в них.

Тип покрышек. Более мягкие шины обладают лучшим сцеплением, однако быстрее перегреваются, что приводит к износу. Кроме того, мягкая резина при контакте с асфальтом быстрее разрушается. Выбирать шины нужно из расчета оптимального сцепления и долговечности.

Давление в шинах. Оно влияет на то, как хорошо покрышки держат дорогу и как быстро они изнашиваются. На рисунке показано как давление в шинах влияет на поверхность контакта с дорогой, которая в идеале должна быть максимальной. Износ покрышки резко возрастает если давление подобрано неправильно. Если давление слишком высоко, то больше нагревается центральная часть покрышки, и наоборот, если оно недостаточное. Замеряя температуру в середине и по бокам покрышки можно сделать соответствующие выводы. Эта операция также помогает правильно установить развал колес. Необходимо, чтобы температура по всей поверхности шины была одинаковой (оптимальная величина составляет 100-1200С). Регулировка давления в шинах является одним из самых удобных способов настраивать автомобиль.

Коробка передач. Передаточное отношение коробки передач представляет из себя количество оборотов (в минуту) ведущих колес, отнесенное к количеству оборотов двигателя. Более низкое отношение даст максимальную скорость, но также замедлит ускорение. Передачи должны подбираться так, чтобы достигалось максимальное ускорение на выходе из поворотов, а в конце прямых развивалась наивысшая скорость.

Правильно настроить автомобиль для соревнований это настоящее искусство. Практически каждый параметр настройки оказывает влияние на другие. Например, если вы увеличите угол атаки переднего антикрыла для улучшения сцепления в поворотах, это приведет к следующим изменениям:

1. Автомобиль приобретет тенденцию к избыточной поворачиваемости. 
2. Повышается сопротивление воздуха, что уменьшает разгонную динамику, максимальную скорость на прямых и увеличивает расход топлива. 
3. Повышается давление в передних шинах. Изменяется поверхность контакта покрышек с дорогой. Это приводит к их большему нагреву и преждевременному износу. 
4. Передние покрышки загибаются внутрь, приподнимаясь над дорогой своими внешними сторонами. Это опять-таки приводит к уменьшению пятна контакта с характерными для него последствиями.

В нашем разговоре мы ни разу не коснулись детали, без которой ни один автомобиль не сможет даже сдвинуться с места. Это двигатель. Мотор тоже оказывает влияние на управляемость. Если он слишком быстро набирает обороты, на выходе из поворота может возникнуть избыточная поворачиваемость. Все это нуждается в тщательной настройке. Двигатель - это отдельная тема, к которой мы вернемся в другой раз.